estudio hidrodinámico de la zona costera mediante el análisis

ESTUDIO HIDRODINÁMICO DE LA ZONA COSTERA
MEDIANTE EL ANÁLISIS DIGITAL DE IMÁGENES
M. Diez1, J. P. Sierra1, J. M. Redondo2, C. Mósso1 y M. O. Bezerra2
RESUMEN: En este trabajo se presenta el desarrollo de la metodología necesaria para
cuantificar parámetros hidrodinámicos mediante el tratamiento digital de imágenes de vídeo y
su aplicación a los tests filmados en distintas campañas de campo desarrolladas en el Delta
del Ebro. En dichas campañas se vertieron trazadores (manchas de leche con fluoresceína y
boyas) deforma simultánea al registro de medidas hidrodinámicas. Además de los
experimentos realizados, también se describe el postproceso de las imágenes, ya que éstas
están sometidas a alteraciones, ruidos, deformaciones, etc., por lo que deben ser depuradas
mediante un tratamiento específico (filtros, transformaciones, etc.) en cada caso. El estudio
hidrodinámico se ha realizado a tres escalas: turbulencia, oleaje y corrientes. Los primeros
resultados obtenidos son de mezcla turbulenta y corresponden a los coeficientes de dispersión
longitudinal y transversal de manchas vertidas. Se analiza su evolución temporal y espacial y
se compara con medidas hidrodinámicas. Después se estudia el oleaje en la zona de
rompientes obteniéndose espectros calibrados con medidas directas y se examina su evolución
al acercarse a la orilla. También se pueden obtener otros parámetros característicos como el
ángulo de incidencia y la fracción de olas rotas. Por último se emplea el análisis de imágenes
para estudiar corrientes mediante boyas. En uno de los tests se pudo identificar una corriente
de retorno, bajo condiciones de baja energía, y cuantificar su velocidad y trayectoria.
INTRODUCCIÓN
El estudio de los procesos costeros, especialmente la
interacción entre oleaje, corrientes, turbulencia y morfología, necesita medidas detalladas de éstos fenómenos
para entender la complejidad de la dinámica costera. Los
aparatos basados en sensores dan medidas puntuales, por
lo que para tener un control de la variación espacial
serían necesarios muchos de ellos. Por el contrario, las
imágenes permiten controlar simultáneamente y en todo
el dominio cualquier parámetro con evidencias visibles.
Así pues, a partir de los avances de la fotografía, muchos
investigadores (por ejemplo Harris et al., 1963; Sonu,
1969; Sasaki et al, 1976; Horikawa et al, 1978)
empezaron a usar esta técnica para sus estudios hidromorfodinámicos. El desarrollo de las técnicas de vídeo,
permitió un control temporal continuo de todo el dominio visual. Por otro lado, la evolución de los procesos de
digitalización facilitó la cuantificación de los parámetros
observados por medios exactos y eficientes (ver por
ejemplo Holman y Sallenger, 1986;Hesselink, 1988;
Holmann y Lippmann,1987;Lippmann y Holman, 1991).
Esto supone un gran avance para la técnica pues pone a
disposición de la ciencia una herramienta sencilla,
relativamente barata y con un gran potencialde medi-
da. La utilidad de esta metodología en estudios hidrodinámicos ha sido respaldada por los primeros resultados
obtenidos en la medición de distintos parámetros; no
obstante, se trata de un procedimiento novedoso y por
ello es necesario ser cauteloso al interpretar sus resultaCAMPAÑAS
REALIZADAS
dos.
La metodología necesaria para la adquisición de imágenes depende, en cada caso, de varios aspectos como:
• Tipo de experimento: de campo o de laboratorio.
• Objetivos del experimento: parámetros que se desean
•obtener.
Mecanismos de elevación: estáticos u oscilatorios.
• Campo visual: cuanto mayor dominio mayor error,
sobre todo si se emplea gran angular.
• Puntos fiduciales para transformación de coordenadas: deben estar uniformemente distribuidos por la
•pantalla.
Sincronización temporal con otras variables hidrodinámicas.
• Selección del trazador más adecuado por contraste y
persistencia.
1
Laboratorio Ingeniería Marítima, Departamento Ingeniería Hidráulica, Marítima y Ambiental. ETSECCPB. Universitat
Politécnica de Catalunya
2
Laboratorio de Dinámica de Fluidos, Departamento de Física Aplicada.ETSECCPB. Universitat Politécnica de Catalunya
Artículo publicado en Ingeniería del Agua. Vol.6 Num.3 (septiembre 1999), páginas 283-292, recibido el 7 de octubre de 1998 y
aceptado para su publicación el 28 de junio de 1999. Pueden ser remitidas discusiones sobre el artículo hasta seis meses después de
la publicación del mismo. En el caso de ser aceptadas, las discusiones serán publicadas conjuntamente con la respuesta de los autores
en el primer número de la revista que aparezca una vez transcurrido el plazo indicado.
Vol. 6 • No3 • septiembre 1999 p. 283
ANÁLISIS DE IMÁGENES DE LA ZONA COSTERA
El Laboratorio de Ingeniería Marítima ha llevado a cabo
distintas campañas de adquisición de datos hidrodinámicos y filmación de vídeo en la desembocadura del
Delta del Ebro. Los experimentos se diseñaron principalmente para identificar y medir la estructura del flujo
oscilatorio, el transporte de sedimentos y la dispersión de
contaminantes en la zona costera. Para lograr el detalle
de estudio necesario, se trabajó a distintas escalas
(macroturbulencia, olas de viento, ondas largas y corrientes) con instrumental de alta resolución. De todos
los parámetros hidrodinámicos se seleccionaron los más
importantes, y se diseñó un sistema integrado combinando equipos y compatibilizando sus características
específicas. La sincronización de medidas permitió la
correlación de los resultados obtenidos.
Para el estudio de las imágenes se decidió combinar técnicas que habían sido utilizadas anteriormente de forma
separada como:
• El empleo de trazadores en campo (Crikmore, 1972;
Zeidler, 1976; Maresca y Seibel, 1976; Sasaki et al.
1976;Wright et al., 1986).
• La filmación de la zona de rompientes (Hotta y Mizuguchi, 1980; Kraus et al, 1982).
• El análisis de las imágenes mediante digitalización
(Lippmann y Holman, 1992;Walton, 1993;Ham y Maroski, 1993).
La primera campaña de campo fue Delta'93, llevada a
cabo en diciembre de 1993 (Redondo et al. 1994). En
ella se hicieron todas las pruebas necesarias para establecer la técnica de filmación, elección de trazadores,
instante, lugar y volumen de vertido. Con los resultados
de las imágenes se elaboró una metodología de trabajo
dirigida especialmente a la cuantificación del coeficiente
de dispersión. De todas las pruebas filmadas, sólo algunas reunieron las condiciones necesarias parar poder
ser analizadas y, en particular, solamente se determinaron los coeficientes de dispersión en dos de ellas.
Para validar la metodología desarrollada se repitió lo
mismo en la campaña Delta'96, realizada en noviembre
de 1996 (Rodríguez et al, 1997). En ella se efectuaron
numerosos tests, con más contraste y resolución espacial.
En esta campaña, la grúa donde se colocaron las cámaras
de vídeo era más alta, 40 m, y estaba situada más cerca
de la orilla (ver Figura 1). Además se probó una nueva
técnica de elevación de las cámaras, un globo aerostático
de Helio de 4 m de diámetro suspendido sobre la zona de
rompientes (ver Figura 2). El globo permite obtener
imágenes cenitales, con lo que no se distorsiona la
geometría aparente por la inclinación de la superficie
libre al pasar olas, pero sufre una oscilación por viento
que obliga a trabajar con imágenes instantáneas en las
que la cámara abarque el mismo dominio. Dado el gran
número de aplicaciones hidromorfodinámicas que tiene
el análisis digital de imágenes de vídeo y la posibilidad
del tratamiento a partir de medios de elevación
oscilatorios como el globo, se decidió adquirir
imágenes en una campaña en la zona costera,
Delta'97, grabando desde lo alto de un mástil
p. 284 Vol. 6 • No 3 • septiembre 1999
Figura 1. Grúa empleada en la campaña Delta `96
(ver Figura 3). En esta campaña, llevada a cabo en marzo y abril de 1997 (Diez, 1998), predominaron corrientes
de gran velocidad que arrastraban las manchas de
trazadores dejando una gran estela durante escasos minutos. Al no tener una geometría cuasi-elíptica no pudieron ser analizadas con la misma metodología que las
de Delta'96 para obtener el coeficiente de dispersión.
De la experiencia obtenida mediante la utilización de los
distintos mecanismos de elevación de las cámaras, se
deducen las siguientes conclusiones:
• La grúa es más manejable, cómoda y sólida y da una
imagen desde la playa que no oscila pero es oblicua.
• El globo permite registrar imágenes cenitales pero oscilatorias y es muy frágil y difícil de controlar, sobre
todo con viento intenso.
• El mástil permite trabajar lejos de la orilla, mar adentro, pero también se trata de imágenes oscilatorias.
Metodología del análisis de imágenes
La metodología incluye una parte de campo y otra de
laboratorio. La primera corresponde principalmente a los
medios logísticos de adquisición de imágenes y la
segunda al instrumental de digitalización y manipulación
de las mismas.
Durante la adquisición de las imágenes es muy importante anotar, cada vez que se realiza un corte en la filmación, el tiempo real y el de la cinta o temporizador del
vídeo, además de los tests registrados simultáneamente,
condiciones atmosféricas e hidrodinámicas y las
incidencias u observaciones que se crean oportunas. Esta
información resulta de gran utilidad a la hora de interpretar los resultados.
Una vez registradas las imágenes se hacen copias de
seguridad sobre las que se recomienda insertar una señal
con un temporizador. Paralelamente es aconsejable
elaborar un informe que describa el contenido de las cintas, experimentos, calidad, condiciones meteorológicas y
todas las observaciones realizadas durante la filmación,
para facilitar una búsqueda rápida o la elección de los
tests a analizar.
Para obtener resultados cuantitativos, las imágenes han
de digitalizarse en forma de matriz numérica. El equipo
ANÁLISIS DE IMÁGENES DE LA ZONA COSTERA
Figura 3. Extremo del mástil del velero
Figura 2. Globo aerostático de Helio (4 mφ)
de digitalización empleado era controlado por un software DigImage (Dalziel, 1994), a través de una interfase controladora (modelo DT2861). Esta configuración
permitió obtener imágenes digitalizadas con un rango de
intensidad de 0 a 255, una resolución de 512 x 512
píxels y una frecuencia de 25 Hz. Además DigImage
dispone de las aplicaciones de procesado más comunes
en el estudio de flujos, tales como distintas formas de
capturar, almacenar y exponer imágenes, manipulaciones
para el diseño e impresión, calibraciones de intensidad,
transformaciones de coordenadas (de píxel a
coordenadas topográficas), filtros y técnicas de promediado (plumas), series temporales de una sección, estadística de la distribución de intensidades, seguimiento de
partículas, etc. Sin embargo, DigImage carece de flexibilidad para el tratamiento de información puntual, a
nivel de unos pocos píxels (por ejemplo filtrar ruido).
Con la finalidad de superar estas dificultades y agilizar
la metodología de análisis visual se elaboró un programa
Fortran llamado TICE (Bahia, 1997). Este fue concebido
como una herramienta para el análisis del coeficiente de
dispersión de unas determinadas ventanas de estudio y
requería modificaciones cada vez que se cambiaba de
ejemplo. Kd (Diez, 1998) es un programa basado en
TICE de forma que permite un uso generalizado para
distintas manchas e incorpora más aplicaciones. El
programa recoge todas las manipulaciones, correcciones
y análisis necesarios para el estudio de la dispersión de
trazadores y los aplica de forma ordenada. Muchas de
estas aplicaciones también las recoge DigImage, pero de
forma aislada.
APLICACIÓN A FENÓMENOS HIDRODINÁMICOS
Las imágenes se postprocesan para analizar fenómenos
hidrodinámicos, obteniéndose resultados a tres escalas
diferenciadas: mezcla turbulenta, oleaje y corrientes. En
cada caso, el estudio debe asociar la intensidad de luz de
la imagen con un parámetro de estudio.
En el caso de mezcla turbulenta se asocia con la concentración de trazador vertido y analizando la evolución
de la geometría e intensidad del vertido se obtienen los
coeficientes anisótropos de mezcla turbulenta. En el caso
de oleaje se asocia con la inclinación de la superficie
libre y realizando una transformación de Fourier de la
serie temporal de intensidades en un punto se obtienen
espectros de energía. Por último, mediante el
seguimiento espacial y temporal de boyas lastradas, se
efectúa un estudio de comentes. A continuación se
describen la metodología y resultados obtenidos.
Estudio de mezcla turbulenta
Para una distribución gaussiana de velocidades, de
acuerdo con la analogía propuesta por Einstein (1927)
entre el movimiento Browniano y la difusión turbulenta,
se puede calcular el coeficiente de difusión, en una
dirección,como:
KH =
1 d σ2
⋅
2 dt
(1 a )
Siendo σ2 la varianza del diámetro de la mancha del trazador en esa dirección, que se calcula como:
σ 2x =
1
1
⋅ ∑ ∑ ( X i, j − ξ x )2 ⋅
N i j
I
∑ ∑ i, j / N
(1 b )
i j
donde ξx la posición del centro de masa, Xij la coordenada horizontal del punto (i,j) y Iij su intensidad.
Así, a partir del estudio de una serie de imágenes
instantáneas, adecuadamente tratadas (ver Rodríguez et
al (1997), se obtiene el coeficiente de dispersión.
Al ser obtenido por métodos indirectos, se trata de un
coeficiente de dispersión aparente, pues no puede
asignarse a las fluctuaciones turbulentas de velocidad
puramente aleatorias ni a las del campo de
concentraciones, pero es probablemente el resultado de
la interacción de ambas.
Vol. 6.No3- septiembre 1999 p. 285
ANÁLISIS DE IMÁGENES DE LAZONA COSTERA
Figure 5. Coefiientete de difusion longitudinal respecto al
minero de Reyonlds. Resultados de coeficientes de
dispersion y turbulencia
Figura 4. Imagen con una plantilla de coordenadas (X,
Y) superpuesta
Para conseguir controlar la geometría de la mancha, debe
efectuarse una transformación de coordenadas que a
cada punto de la imagen (I, J) asigne una posición (X,
Y), (ver Figura 4). En el análisis de las imágenes de las
campañas mencionadas, se empleó una transformación
bicuadrática de ocho coeficientes por eje:
• Una playa tras diques exentos en Olinda (cerca de Recife, Brasil), sometida a corrientes inducidas por marea y a un viento intenso.
Puede apreciarse que, en la mayoría de los casos, la difusión longitudinal es mayor que la transversal, y sólo en
los casos en los que hay corrientes de retorno se produce
X = A1 + A2* I + A3* J +
+ A4* I * J + A5* I 2 + A6 * J 2 +
* 2*
+ A7 I
* *
J + A8 I J
(2)
2
Además, hay que llevar a cabo algunas operaciones con
el fin de depurar los efectos no deseados. Entre ellas
destacan: filtrar ruido local como la espuma de la rotura,
eliminar el fondo, promediar la oscilación producida por
el paso de una ola, etc. La metodología empleada puede
verse con mayor amplitud en Rodríguez et al. (1997).
Para estimar el efecto de la difusión turbulenta inducida
por el oleaje se emplea el número de Reynolds de un
flujo, Rw:
Rw =
H ⋅V
v
(3)
donde H es la altura media cuadrática de ola incidente, n
es la viscosidad cinemática del agua de mar y V es la
velocidad orbital. H y V (ésta de forma indirecta) pueden
cuantificarse mediante el vídeo.
En las Figuras 5 y 6 se representa la comparación de los
resultados obtenidos por Zeidler (1976) con los registrados en varios experimentos con distintas características:
• Una playa longitudinalmente uniforme en el Delta del
Ebro, la barra del Trabucador, donde se generaban corrientes por oleaje y viento.
• Una playa de 240 m confinada por dos diques en Vilanova i la Geltrú (Barcelona), donde sólo un fuerte
oleaje puede producir comente longitudinal y entonces
se forman dos o más celdas de circulación entre la
rotura del oleaje (aunque éste no fue el caso de los
experimentos).
p. 286 Vol 6 · Nº 3 · septiembre 1999
Figura 6. Coeficiente de difusión transversal respecto al
número de Reynolds. Resultados de coeficientes de
dispersión y turbulencia
Figura 7. Comparación de la dispersión de contaminantes
con y sin rotura en la zona previa a la barra
ANÁLISIS DE IMÁGENES DE
Figura 8. Evolución de los coeficientes de dispersión
el efecto contrario. Según Zeidler (1976) debe haber un
crecimiento aproximadamente lineal para valores del
número de Reynolds entre 103 y 106. Sin embargo, los
resultados obtenidos no confirman esta tendencia, ya que
en los experimentos efectuados predominaban otros fenómenos como corrientes o viento. En particular, la presencia de corrientes producía un efecto de cizalla que
tendía a alargar la mancha, lo que explicaría también la
existencia de valores tan altos de Rw (del orden de 107).
La rotura del oleaje produce una turbulencia adicional a
la generada por el oleaje y las corrientes, que aumenta la
dispersión reduciendo su concentración hasta 10 veces,
como se puede ver en la Figura 7.
El resultado de los test de Delta'96 muestra un comportamiento anisotrópico, ya que el coeficiente longitudinal
es prácticamente constante mientras que el transversal
muestra un crecimiento logarítmico (ver Figura 8).
También se ha analizado la correlación entre los coeficientes de dispersión y el tamaño inicial de la mancha y
la localización del punto de vertido. Se ha comprobado
que el coeficiente de dispersión aumenta en la zona
donde hay mayor corriente longitudinal y que su relación
con la distancia a la orilla del punto de vertido sigue una
distribución parabólica (Figura 9), tal como proponen
Thornton (1970) y Sasaki et al. (1976).
Figura 9. Correlación del coeficiente longitudinal y la
distancia a la orilla en Delta '96
LA
ZONA COSTERA
Estudio del oleaje
Mediante imágenes de vídeo de la zona de rompientes es
posible estudiar distintas características del oleaje y la
evolución que experimentan éstas a medida que se
acercan a la orilla. Entre las características mas destacadas figuran:
• La dirección de las crestas. A partir de unas imágenes
de calidad (resolución y contraste) es fácil identificar
las crestas del oleaje de tipo sea y swell. Con una función de transformación de coordenadas se puede controlar la evolución de la dirección del oleaje desde
donde empiece a ser perceptible hasta la línea de orilla
y en todo el ancho del dominio abarcado por el campo
visual. Por lo tanto, además de controlar la propagación direccional del oleaje, un análisis de este tipo
permite deducir información indirecta de la batimetría
de la zona de rompientes por irregularidades longitudinales.
• Dispersión frecuencial y espectros de energía. La geometría característica del oleaje provoca que los rayos
de luz se reflejen con una intensidad luminosa diferente en cada punto, de modo que en la cresta hay mayor
intensidad pues hay más reflexión que en los senos.
Este hecho permite establecer una relación entre intensidades y elevaciones de la superficie libre, que se
determina por correlación con datos medidos directamente en el mismo punto con un sensor de superficie
libre o de presión. En este caso, la calibración se ha
realizado por interpolación lineal entre las alturas de
ola medidas y las intensidades.
A partir de la digitalización de la serie temporal de una
columna de píxels correspondientes a una sección de
la zona de rompientes, se pueden identificar las olas y
sus características. Por ejemplo, la pendiente de las
olas a lo largo de la serie temporal representa su
velocidad de avance. A partir de una sección de la
imagen de la Figura 10 se ha obtenido la serie
temporal que se muestra en la Figura 11.
En ésta se puede observar que se producen «Y» de olas
atrapadas por otras más rápidas debido a que tras la
rotura se produce una dispersión frecuencial del oleaje.
Figura 10. Imagen digitalizada de la playa
Vol. 6.No3. septiembre 1999 p. 287
ANÁLISIS DE IMÁGENES DE LA ZONA COSTERA
Figura 11. serie temporal de la sección anterior
Realizando una transformada de Fourier de los datos una
vez calibrados, se obtiene su espectro de energía.
En la Figura 12 se han representado los espectros obtenidos a partir de series temporales de imágenes de vídeo
(brutas y calibradas) y se compara con el obtenido por el
sensor de altura de ola, ambos en la zona de rompientes.
Puede apreciarse que los picos de los espectros tienen las
mismas frecuencias. El nivel energético es similar,
aunque no está distribuido de igual forma.
Figura 12. Espectros de intensidad
Figura 13. Espectro de la zona de swash
p. 288 Vol. 6 · Nº 3 · septiembre 1999
• La línea de orilla. Digitalizando las posiciones que
toma la orilla en la serie temporal de una sección
transversal fija y transformando las posiciones a cotas
gracias a la batimetría es posible obtener el espectro de
energía asociado al setup+swash haciendo una
transformación de Fourier (ver Figura 13).
• La rotura. El oleaje al romper produce espuma, lo que
supone un excelente trazador para el análisis digital de
imágenes de vídeo. Realizando un promediado durante
un número significativo de olas, unos 10 minutos, se
puede ver la distribución espacial de la espuma. Para
calcular la fracción de olas rotas se debe pasar un filtro
on/off que asigna un valor de 1 para intensidades superiores a un umbral a partir del cual se determina que hay
espuma y 0 para los valores inferiores, donde no hay
espuma. Así pues, el valor de la intensidad promediada
en cada punto es una medida relativa del tiempo con
espuma. Ponderando por el periodo del oleaje y el tiempo de exposición se deduce la fracción de olas rotas.
Estudio de corrientes
Con imágenes de vídeo es posible cuantificar velocidades (desde un punto de vista lagrangiano) mediante trazadores como boyas. La gran resolución temporal y
espacial de las técnicas de visualización de fluidos permite elaborar mapas de velocidades de zonas amplias de
forma sencilla. La obtención de estos mapas tiene un
gran interés, ya que su adquisición por medidas directas
de correntímetros supone un gran despliegue de instrumental. Esta técnica tiene el inconveniente de que las
boyas pueden ser arrastradas por el viento, por lo que
para evitarlo deben estar lastradas, quedando parcialmente sumergidas.
En el análisis de uno de los tests efectuados en la campaña Delta'96 se pudo identificar una corriente de
retorno y cuantificar su velocidad y trayectoria. En la
Figura 14 se puede observar como las boyas, a pesar de
ser arrojadas todas juntas, son transportadas, una tras
otra, describiendo todas ellas una celda. Realizando el
seguimiento de las posiciones adoptadas por las boyas en
una serie de imágenes instantáneas se pudo cuantifi-
Figura 14. Imagen digitalizada de la zona de rompientes en
la que se pueden observar boyas describiendo la
trayectoria de una celda de corriente
ANÁLISIS DE IMÁGENES DE LA ZONA COSTERA
Figura 15. Trayectoria de las boyas y mancha
car tanto la trayectoria como la distribución de velocidades, que se representan respectivamente en las Figuras
15 y 16. Las boyas se desplazan inicialmente hacia la
costa, hasta atravesar la línea de rotura. Una vez allí, la
corriente longitudinal las arrastra paralelamente a la
orilla hasta un punto donde vuelven a dirigirse hacia mar
adentro.
Simultáneamente junto a las boyas se vertió una mancha
de leche y fluoresceína. Curiosamente la mancha tiene
un comportamiento diferente a las boyas, su transporte
es longitudinal y menor velocidad. Esta diferencia puede
deberse a que la mancha, al mezclarse en toda la columna, tenga una respuesta promediada verticalmente
mientras que las boyas respondan estrictamente a la capa
superficial (la abarcada por la profundidad de lastre).
Frigura 16. Velocidades registradas de las boyas (4a boya)
Pese a que las condiciones de oleaje eran muy poco
energéticas (Hs= 21 cm y T = 4,3 s) puede apreciarse que
las corrientes de retorno alcanzan los 60 cm/s mientras
que la corriente longitudinal es de aproximadamente la
mitad. 30-35 cm/s. Si se examina la velocidad total se ve
que en los instantes iniciales y finales corresponde casi
exclusivamente a velocidad transversal, mientras que en
la zona intermedia corresponde a velocidad longitudinal,
sin que se produzca interferencia entre ambos tipos de
comentes.
Tratando de establecer los posibles mecanismos inductores que generan dicha corriente, se constata que la
batimetría no es uniforme, ya que pese a tratarse aparentemente de una playa longitudinalmente uniforme, la
barra presenta canales que favorecen la aparición de
corrientes de retorno (Ver Figura 17).
Figura 17. Representación tridimensional de la batimetría con la barra rota
Vol. 6'N°í- septiembre 1999 p. 289
ANÁLISIS
DE IMÁGENES DE LA ZONA COSTERA
En la Figura 18 se han superpuesto las trayectorias de
las boyas con las curvas de nivel de la batimetría. En la
misma se puede ver como la barra está rota por la zona
por donde salen las boyas. En realidad, no se sabe si la
barra rota es una causa o una consecuencia de la corriente de retorno.
Figura 18. Representation de la batimetria con curvas de nivel y trayectoria de las boyas superpuesta
CONCLUSIONES
En primer lugar, se efectúa una valoración de la técnica
del análisis digital de imágenes. Entre los principales
aspectos favorables destacan:
• El reducido peso y tamaño de las cámaras permite su
instalación en prácticamente cualquier lugar elevado
como: farolas, grúas, globos aerostáticos, mástiles, y,
en otra escala de estudio, satélites.
• Se puede registrar mucho tiempo a un costo relativamente bajo.
• Es una herramienta muy útil para estudiar, cualitativa y
cuantitativamente, numerosos procesos hidrodinámicos o de otros campos que traten con procesos variables en el tiempo y que deban ser analizados
estadísticamente, como por ejemplo la hidráulica o el
tráfico.
• La coordinación con medidas realizadas con otros sensores permite calibrar las estimaciones efectuadas, así
como estudiar la correlación de parámetros.
• El gran dominio abarcado por el campo visual permite
analizar la variación espacial de numerosos parámetros hidrodinámicos de forma uniforme.
• La gran resolución temporal de las imágenes de vídeo,
una imagen completa cada 0.02 segundos, permite estudiar oscilaciones en un rango de frecuencias muy
amplio.
• Al tratarse de medidas indirectas, filmadas a distancia,
puede medirse en zonas difíciles, como la línea de orilla o zona de rotura, y bajo condiciones extremas.
• La capacidad de promediar durante un tiempo de filmación o de analizar series de imágenes instantáneas,
permite eliminar oscilaciones naturales (como el oleaje) o de filmación (por movimiento de la cámara).
p. 290 Vol . 6.N°3 . septiembre 1999
• La técnica de series temporales de una sección permite
obtener espectros de oleaje con gran resolución frecuencial.
• El promediado temporal de las imágenes y las series
temporales de imágenes instantáneas permiten estudiar
imágenes con movimiento oscilatorio.
Entre los principales aspectos desfavorables pueden
mencionarse:
• En lugares sin infraestructuras de soporte deben aportarse mecanismos de elevación como grúas o globos
aerostáticos, que son caros y frágiles, en especial con
viento.
• Para tener control espacial deben tomarse puntos fiduciales repartidos homogéneamente por el dominio visual de la filmación. Para realizar una interpolación bicuadrática como la que se efectuó en los casos descritos, al menos se necesitan ocho puntos para determinar los coeficientes de cada eje. No obstante,
cuantos más puntos disponibles haya, mejor
transformación de coordenadas se logrará, pues los
coeficientes se ajustan por mínimos cuadrados.
• El vídeo necesita una fuente de iluminación adecuada.
En Delta'96 no fue posible filmar por la noche, por
falta de luz, ni a primera hora de la mañana por exceso, pues el reflejo saturaba la imagen.
• Para poder cuantificar parámetros, éstos deben visualizarse como un campo de intensidades mediante trazadores naturales (espuma) o artificiales (colorantes y
boyas).
• Las imágenes se deben filtrar o promediar para eliminar
o amortiguar efectos no deseados o ruido, como por
ejemplo la espuma, la oscilación producida al pasar
una ola, la intensidad del fondo, etc.
ANÁLISIS
• El postproceso de las imágenes es un trabajo laborioso
y en ocasiones con un cierto grado de subjetividad,
como separar la mancha del fondo, identificar las boyas o la orilla, solapar series temporales, etc.
• Las medidas indirectas requieren calibraciones con
medidas directas para pasar la escala de intensidades a
la correspondiente del parámetro medido (concentración, nivel de superficie libre, etc.).
En segundo lugar, de los resultados obtenidos pueden
resaltarse los siguientes aspectos:
• El coeficiente de dispersión puede cuantificarse de forma similar a un coeficiente de viscosidad turbulenta si
la mancha tiene una geometría elíptica. Su valor en la
zona de rompientes puede variar unos órdenes de magnitud en función del punto de vertido. Los coeficientes
medidos y su tendencia, muestran que en el interior de
la zona de rompientes no es aplicable una ley del tipo
"4/3" para el coeficiente de mezcla.
• Las series temporales de transectos (líneas horizontales
o verticales de una imagen) han demostrado ser una
técnica con un gran potencial para la caracterización
del oleaje en la zona de rompientes. Los espectros
obtenidos a partir de ellas reproducen picos a las
mismas frecuencias que los instrumentos de medida
directa como el wave gauge o el sensor de presión (ver
Figura 12).
• Para frecuencias muy bajas, se acentúan mucho los
picos de energía del espectro de intensidades. Una de
las posibles causas de este efecto es que la intensidad
no se corresponde exactamente al nivel de superficie
libre, sino que es función de la pendiente de ésta. Por
lo tanto, la intensidad depende también del número de
onda, sobrestimando dicho nivel para ondas largas.
Para identificar ondas largas se puede estudiar la zona
de swash hallando el espectro de las series temporales
de su posición, aunque su digitalización es laboriosa y
subjetiva.
• A pesar de las condiciones de baja energía que se dieron en Delta'96, se detectó la formación de comentes
de retorno de velocidad considerable (60 cm/s). Se observó que el comportamiento de la mancha de leche y
fluoresceína no describía la celda de corriente como
las boyas. Esta circunstancia puede responder al hecho
de que la mancha está bien mezclada en casi toda la
columna de agua, por lo que se desplaza según una
hidrodinámica mucho mas compleja, que puede incluir
velocidades verticales, mientras que las boyas siguen
una velocidad superficial, que es básicamente
horizontal.
AGRADECIMIENTOS
Este trabajo ha sido realizado en el marco del proyecto
FANS, financiado por la Unión Europea (programa
MAST III) bajo contrato número MAS3-CT95-0037) y
del proyecto MAR96-1856 del programa CYTMAR de
la Comisión Interministerial de Ciencia y Tecnología.
Los autores desean agradecer asimismo a todas las personas que participaron en las campañas de medidas el
trabajo realizado.
DE IMÁGENES DE LA ZONA COSTERA
BIBLIOGRAFÍA
Bahia, E. (1997) Estudio numérico-experimental de la
dispersión de contaminantes en regiones costeras.
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Catalunya. 344 p.
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